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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Elektrokart Elektronik / Probleme mit Endstufe


Autor: Dominik W. (Gast)
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Guten Abend allerseits,

Ich arbeite an einer Elektrokart Elektronik, es handelt sich hier "nur" 
um eine maximale Motorenleistung von 500W bei 24V DC.

Komischerweise brennen mir bei meiner Platine dauernd der MOSFET durch, 
obwohl er total überdimensioniert ist. Heute habe ich mit einem IRFB3004 
getestet (195A Package Limited), dieser ist an einer Überhitzung 
gestorben, obwohl der PWM auf 50% limitiert war. Und das nach wenigen 
Augenblicken (ca 3 Sekunden bei Belastung), kaum Zeit um zu reagieren.

Ich arbeite mit einer PWM Frequenz von 17 Khz und die 
Einschalt/Ausschalt Flanken sind dank dem Ixys Treiber sehr schnell.

Leider habe ich noch wenig Messungen, nächstes Mal werde ich im Labor 
mehr Messungen machen und beim ersten Testlauf mit einem 
Zangeamperemeter genauer schauen.

Im Anhang mein Schema, sieht jemand einen Fehler?

Für Tipps anderer Art freue ich mich auch. Danke

Freundliche Grüsse

Dominik Wüst

Autor: mhh (Gast)
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Bei dem überall auftauchenden Strom von 75 A im Datenblatt verbrät er 
schon fast 17 Watt. Ein Mosfet allein wird nicht genügen für diese 
Aufgabe.

Autor: mhh (Gast)
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(Deine 20 A vom Motor sind ja nicht der Anlaufstrom, der ist viel 
höher.)

Autor: Dominik W. (Gast)
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Hmm, ja ich werde wohl 2 MOSFET parallel schalten, habe ja leider keine 
Stromregelung, ein wenig ungünstig.

Gruss

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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zwei? bauchhaltvorlachen nimm mal besser so 5-6 stück, dann könnt's 
klappen. und entstör den motor mit kleinen kondensatoren das macht's den 
FETs einfacher.

Autor: Dominik W. (Gast)
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Also zwei

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir...

müssten doch reichen oder leb ich in einer anderen Welt? :/

Autor: mhh (Gast)
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Die Gehäuse und 195 A, glaubst Du das?
Nimm 5 davon.

Autor: Ralf G. (old-school) Benutzerseite
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@Dominik W.

> Ich arbeite mit einer PWM Frequenz von 17 Khz und die
> Einschalt/Ausschalt Flanken sind dank dem Ixys Treiber sehr schnell.

warum mit einer so hohen Frequenz ? ...

OK ... in Schaltnetzteilen nimmt man eine Hohe Frequenz um den Trafo 
möglichst klein zu halten, aber bei einem Motortreiber sehe ich das eher 
als ungünstig.

1 kHz reich doch auch ...
ich habe für einen Freund eine ähnliche Schaltung gebaut ...
mit einem NE555 als TiTp-Geber und drei T75N06HD (60V-75A) als 
PWM-Treiber.

Ist für eine Gartenbahn und hält erstaunlich gut ... wenn ich bedenke 
wie viele Motortreiber er zuvor durch gehauen hat.

Für die Richtungsänderung und Bremse(150W Halogenbirne) wurden Relais 
verwendet.

Bei diversen Überlastungen ist da auch schon mal so manche 60A 
Schmelzsicherung gehimmelt worden bei den verwendeten 12V sind das über 
700W Motorleistung ... ich möchte nicht wissen, wie viel Strom da über 
meine Schaltung geflossen ist ... und Sie funktioniert noch immer !

Die T75N06HD habe ich auf ein Stücke Kupferblech aufgelötet um eine 
bessere
Wärmeableitung zu bekommen ... werden aber bei normaler fahrt kaum warm.

Gruss Ralf

Autor: MaWin (Gast)
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> Komischerweise brennen mir bei meiner Platine dauernd der MOSFET durch,
> obwohl er total überdimensioniert ist. Heute habe ich mit einem IRFB3004
> getestet (195A Package Limited), dieser ist an einer Überhitzung
> gestorben, obwohl der PWM auf 50% limitiert war. Und das nach wenigen
> Augenblicken (ca 3 Sekunden bei Belastung), kaum Zeit um zu reagieren.

Also mal bescheuert gefragt: Auf einem Kühlkörper hast du ihn aber schon 
montiert, oder ?

Und warum hast du die 10 Ohm drin ? Schwingt der ultrafast 14A 
Gate-Treiber IXXD414 Treiber ? Kein Wunder, er erfordert ein perfektes 
(schreib ich's schon: PERFEKTES) Leiterplattenlayout. Für deine 
schlaffen 17kHz nimm mal den MC33153 oder so, dann brauchst du ihn auch 
nicht mit 10 Ohm runterzubremsen als ob er nur ein 100mA Gatetreiber 
wäre. Der IXXD414 ist für Megahertz-Ansteuerungen.

Autor: Ralf G. (old-school) Benutzerseite
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@ Dominik W.

in deiner Schaltung hast Du eine Spannungsregelung (~12V) für den Ixys 
und den 7805 verwendet ... wie stabil ist die Spannung hinter dieser 
Regelung ...

Da Du eine hohe Frequenz für die Ansteuerung der MOSFET verwendest und 
diese sich wie ein Kondensator beim umladen verhalten wird auch ein 
recht hoher Gate-Strom deine Regelung belasten.

Dadurch das Du den Ixys auf 12V laufen hast und den Motor über die 
MOSFETs an 24 V laufen ... werden die MOSFETs vielleicht nicht richtig 
geladen/durch gesteuert  ... solltest Du mal prüfen ...

wenn ein MOSFET nicht richtig oder zu langsam durchgeschaltet wird,
erhöht sich sein Innenwiederstand (RDS) und somit auch seine 
Verlustleistung.


siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleite...

Autor: Dominik W. (Gast)
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Es ist halt eine selbstgelötete Rasterplatine, ich habe ihn möglichst 
gut aufgebaut (Sehr kleine treiber/mosfet abstände).

Die Spannungsversorgung (12V) sollte i.O sein, in der Labormessung sind 
mir Ripples von 200-300mV aufgefallen, daran sollte es nicht liegen wird 
auch mit einem 10uF Kondensator an der Transistorschaltung und einem 
10uF direkt über dem Treiber gestützt.

Jetzt mal eine andere Frage:

Ist es nicht Vorteilhaft den Motor mit einer hohen Frequenz zu takten? 
Ein Elektronik Lehrer in meiner tech. Hochschule hat mir sogar 20-30khz 
empfohlen, so ist es erstens nicht mehr höhrbar und zweitens verkleinern 
sich die Verluste im Eisen

Stimmt das überhaupt? Bei Wiki bin ich über das Gegenteil gestolpert.

Gruss

Autor: Walter (Gast)
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mein Tipp:

der FET brennt nicht ab, sondern du zerschießt ihn,
d.h. kein zu hoher Strom, sondern zu hohe Spannung!

Ich habe ein ANsteuerung f+r ein Pedelec gebastelt (250W bei 18V),
getaktet mit 200Hz, Rdson 4mOhm und der Transistor wird bestenfalls 
lauwarm

Walter

Autor: Walter (Gast)
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Dominik W. schrieb:
> Bei dem überall auftauchenden Strom von 75 A im Datenblatt verbrät er
> schon fast 17 Watt. Ein Mosfet allein wird nicht genügen für diese
> Aufgabe.

wie berechnest du denn die 17 Watt?

Autor: Dominik W. (Gast)
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17 Watt wäre eine sehr schlechte PWM Schaltung. Habe nur so ein 
Aufsteckkühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 18 K/W.

Das könnte bei einem MOSFET mit 2.1mOhm etwas knapp sein.

Anlaufstrom bei DC-Motoren sollte um das 2-3x sein. Ist durch den 
Ohmschen Widerstand begrenzt.

Ich werde die Frequenz verkleinern und den MOSFET langsamer ausschalten, 
damit es nicht zu grosse Überspannung gibt.

Gruss

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Also ich haben gelernt(TM),

das der Anlaufstrom eines DC-Motors dass 10-12-fache des Nennstromes 
beträgt.
Bzw. = der Versorgungsspannung / den Ankerwiderstand.

Miss Ihn doch einfach mal nach und brechne es selbst ;)


Anselm

Autor: mhh (Gast)
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Walter schrieb:
> wie berechnest du denn die 17 Watt?

Bezieht sich auf Transistor aus der Schaltung:
3 mOhm (aus Datenblatt) * 75A (ergibt V) * 75A (ergibt Leistung)
Eigentlich ganz einfach.

Autor: Schalter (Gast)
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und die Taktung lässt du raus ? Der Mosfet ist ja nicht 100% seiner Zeit 
durchgesteuert, und das ab und anschalten braucht Zeit und in dieser 
Zeit verbrät er ein x Faches der Leistung, je höher die Taktung ist um 
so höher ist auch die Verlustleistung am Mosfet.

Autor: mhh (Gast)
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Schalter schrieb:
> und die Taktung lässt du raus ?

Ist ja auch nur Überschlagsrechnung. Durch den Gatewiderstand ist er 
länger im Analogbetrieb mit mehr Verlustleistung. Da kommt das schon 
übern Daumen hin.

Autor: CaH (Gast)
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RθJA Junction-to-Ambient, TO-220 ––– 62 °C/W

ist eine der wichtigsten Angaben.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Schnupper Glied über den MOSFET...
Zu viel Induktivität im Leistungskreis--> Überspannung, würde ich auch 
tippen.

Autor: Dominik W. (Gast)
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Hmm

Wie berechne ich eine Snubber Schaltung, also nach welchen Kriterien 
wähle ich R und C?

Gruss

Autor: Ralf G. (old-school) Benutzerseite
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hier ist die Problematik sehr schön beschrieben ...

>> F.22.1. MOSFET Treiber

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-fa...

Gruss Ralf

Autor: Dominik W. (Gast)
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Danke Ralf, hilft mir sehr :)

Ich werde euch über meine Tests und Erfolge dann unterrichten.

Gruss

Autor: Walter (Gast)
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mhh schrieb:
> Walter schrieb:
>> wie berechnest du denn die 17 Watt?
>
> Bezieht sich auf Transistor aus der Schaltung:
> 3 mOhm (aus Datenblatt) * 75A (ergibt V) * 75A (ergibt Leistung)
> Eigentlich ganz einfach.

ach so, ich hab den Transistor IRFB3004
aus dem Text angesehen, der hat nämlich nur max.1,75mOhm Rdson

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Gibt es nach einem Jahr ewtas neues?
Sind ja in den letzten einige dabei, sich 'nen GoKart zu bsateln. Und 
alle haben das gleiche Problem - hmmm.

Gruß Axelr.

Sorry fürs ausgraben, bin über den irfb3004 gestolpert und habe erst 
nicht auf die Jahreszahl geachtet.

Autor: Dominik W. (Gast)
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Hallo Axel

Durch Zufall bin ich wieder auf meinen Thread gestossen.

Ich arbeite jetzt auch im Bereich der Leistungselektronik und habe viel 
Know-How aufgesaugt.

Mein aktueller DC-Motor Controller hat eine Stromregelung. 
Betriebsspannung ist bei 48V DC und liefert 140A. Alle wichtigen 
Komponenten (Kühlkörper, Akkus, Motor) sind Temperaturüberwacht und bei 
Überhitzung reduziert der Mikrocontroller die Leistung.

Wird momentan in einem Elektroroller Prototypen eingesetzt.

Ich plane natürlich schon meine nächste Generation, welche 30kW handlen 
kann.

Meine Tipps für Leute die einen Motorcontroller entwickeln:

- MOTIVATION:

Nicht aufgeben, es wird zwangsläufig einige Rückschläge geben

- MOSFET Dimensionierung:

Sucht euch moderne MOSFET mit tiefen RDs(on) und schnellen Schaltzeiten. 
Hier ist vergleichen gefragt. Für höhere Ströme macht es Sinn mehrere 
MOSFET parallel zu schalten. Die MOSFET maximal mit 50% des Stromes vom 
Datenblatt belasten. Man kann diese Grenze bei sauberem Aufbau mehr 
ausreizen. In meiner Firma gehen wir bis 80% ans Package Limit.

- TREIBER Dimensionierung:

Die MOSFET Schaltzeiten sollten im Bereich 100-200ns liegen. Je tiefer 
desto besser. Mit einem 2A Treiber kommt man ziemlich weit. Es gibt 
Formeln für die Berechnung, diese kann ich auf Wunsch raussuchen. Die 
Schaltzeiten mit einem KO ermitteln lohnt sich auf jeden Fall.

- SCHALTFREQUENZ

Hier gibt es keine Regel. Ich empfehle euch eine Frequenz zwischen 2kHz 
und 16kHz. Wenn ihr schnelle Schaltzeiten habt sind 16kHz kein Problem 
und der Motor ist nicht hörbar.

- LAYOUT / Kondensatoren

Der wichtigste und wohl auch schwierigste Teil ist das Layout. Es ist 
sehr schwer auf einer Lochplatine einen guten Aufbau zu machen. Es lohnt 
sich eine Platine zu zeichnen und produzieren zu lassen.

Die wichtigsten Kriterien im Layout:

- Der Treiber sollte relativ nahe an dem MOSFET sein, wobei es hier 
nicht auf jeden Millimeter ankommt, macht die Leiterbahnen genug breit. 
Stützt die Spannungsversorgung vom Treiber mit einem 10uF 
Keramikkondensator (möglichst nahe am Treiber platzieren!). Elkos sind 
nicht optimal wegen der hohen ESR/ESL.

- Der Strom muss abgeführt werden können: entweder mehrlagige Platine, 
verstärkte Kupferschicht oder mit einer Kupferschiene verstärken, im 
Notfall machens auch mehrere Lagen Entlötlitze ;)

- Bastelt nichts mit Snubber-Schaltungen, mit einem induktivarmen Aufbau 
entstehen fast keine Überspannungen. Der Trick hier: Ihr müsst den 
Zwischenkreis so nahe wie möglich an den MOSFET bzw. 
MOSFET/Freilaufdiode mit Keramikkondensatoren stützen (Kondensator von 
V+ zu GND). Auch relativ nahe sollte der Zwischenkreis mit einigen 
Folienkondensatoren gestützt sein. Benutzt Folienkondensatoren mit hoher 
Impulsbelastbarkeit (zb. MKP). Faustregel: 100uF reichen normalerweise.

Ist nicht einfach. Eventuell habe ich einige Sachen vergessen oder nicht 
erwähnt. Bei konkreten Fragen helfe ich natürlich gerne...

Gruss

Dominik

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